前列腺癌SPOP基因突变抑制Hippo信号通路促进肿瘤细胞异常增殖的机制研究

SPOP acts as an adaptor protein of the CUL3-RBX1 E3 ubiquitin ligase complex, selectively recruits substrates for their ubiquitination and subsequent degradation. Characterization of the exome and genome of prostate cancers by next-generation sequencing has identified numerous genetic alternations. SPOP was identified as one of the most frequently affected genes （6-15%） by somatic point mutations in prostate cancer, suggesting SPOP is potentially a key driver for prostate cancer development and progression. However, how SPOP mutations contribute to prostate cancer remains to be elucidated. It is known that aberrant inhibition of Hippo pathway plays key roles in cell proliferation. In this study, we identified TEAD2, a downstream Hippo pathway transcriptional factor, as a bona fide substrate for the SPOP-CUL3-RBX1 E3 ubiquitin ligase complex. SPOP triggers TEAD2 degradation via the ubiquitin-proteasome pathway. Strikingly, prostate cancer-associated mutants of SPOP are defective in TEAD2 binding and TEAD2 degradation. This study revealed novel molecular events underlying the regulation of TEAD2 protein homeostasis, and provided insights in understanding the relationship between SPOP mutations and Hippo pathway in prostate cancer.

SPOP是Cullin3家族E3泛素连接酶复合体的一个底物识别亚基。高通量测序研究发现部分前列腺癌（6-15%）中SPOP基因MATH结构域发生错义突变, 代表了一类独特的前列腺癌分子亚型。但SPOP突变的生物学意义还未得到完全阐明。Hippo信号通路抑制是导致肿瘤细胞恶性增殖的重要因素。在前期工作中，我们通过酵母双杂交方法发现Hippo通路的关键转录因子TEAD2是SPOP的互作蛋白，SPOP能促进TEAD2的泛素化降解。并且前列腺癌来源的SPOP突变体丧失了和TEAD2的相互作用和泛素化降解TEAD2的能力。本项研究将在分子、细胞、动物和肿瘤样本等多个层次，深入阐明前列腺癌SPOP突变导致的TEAD2蛋白异常积累、Hippo信号抑制的生物学表型，为SPOP突变诱发前列腺癌恶性增殖提供一种新的机制解释，并为Hippo通路小分子药物应用于前列腺癌的个性化治疗提供理论基础。

前列腺癌在全世界男性第二大癌症，而在中国随着社会老龄化、人口城市化、膳食结构西方化中国前列腺癌发病率呈显著增长趋势，而近年的发病率的增长速度甚至较欧美发达国家相比更加迅速。前列腺癌发生机制的深入研究及研发小分子药物应用于前列腺癌的个性化治疗势在必行。通过对前列腺癌样本的外显子进行高测序发现，SPOP基因在前列腺癌中发生较高频率的突变。不同地区来源的样本中突变频率在6-15%之间。另外,测序结果表明含有SPOP突变的前列腺癌组织中都不同时具有另外一种常见的染色体改变TMPRSS2-ERG（ETV1/4）融合基因，但通常伴随有CHD1基因的同源缺失、SPINK1基因高表达和基因组DNA甲基化水平上升等特征。提示SPOP突变很可能定义了一类特殊的前列腺癌分子亚型。目前已经发现SPOP基因多个泛素化底物，这其中包括ERG，BRMS1，AR等等。本研究中我们通过酵母双杂交实验发现了SPOP的一个新的泛素化底物TEAD2，免疫共沉淀实验我们发现SPOP基因与TEAD2 基因存在相互作用。Hippo-YAP信号的异常调节在前列腺癌（Pca）的肿瘤发生中起着关键作用。转录共激活剂YAP通过与TEA/ATTS域转录因子（TEAD1–4）的相互作用调节Hippo途径的输出。YAP主要通过TEAD 家族(TEAD1，TEAD2，TEAD3，TEAD4)转录因子发挥生物学功能。进一步的泛素化等实验发现SPOP基因可以特异地在蛋白水平上泛素化降解TEAD2，而在构建了前列腺癌中SPOP基因高频错义点突变后SPOP高频突变对于TEAD2的降解效果减弱，而这些高频突变对于TEAD2的泛素化降解效果及相互作用明显减弱。qPCR实验结果进一步证实SPOP通过TEAD2的降解抑制了Hippo通路下游靶基因，进而影响了部分由TEAD2介导的前列腺癌的增殖以及侵袭转移，最终通过TCGA数据库及临床标本中SPOP野生型和突变型中TEAD2的mRNA水平没有差别，而免疫组化证实临床标本中SPOP突变的标本TEAD2蛋白水平明显升高。本研究在前列腺癌中明确了SPOP突变与Hippo-YAP信号通路之间的关系。为前列腺分子分型及治疗药物的研发提供了理论基础。